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书书书!第!卷!第!期!!化!工!学!报!!!!!!!#$%&!!’$&!!())年!月!!*+,-*!.$/012%!!!./13!())####研究论文低氧条件下生物反硝化过程中!#的产量巩有奎!王淑莹!彭永臻!王!赛!王莎莎!北京工业大学环境与能源工程学院北京)(((#摘要$利用-45反应器控制曝气量为(&67%891:)通过改变’;比例调节反硝化过程中=浓度以连续投加乙醇作为反硝化碳源考察了低氧条件下’:6’反硝化过程及’的产量&结果表明=对反硝化菌的活性具有明显的抑制作用&=由(增至(&?8@%7:)’:6’还原速率由)A&)8@’%!@B7--#:)%C:)降至))&6?8@’%!@B7--#:)%C:)系统’产量由(&68@%7:)增至)&?D8@%7:)&其原因为$!)#较高的’:’浓度导致系统反硝化速率降低’积累并释放’!#=对’还原酶活性具有明显的抑制作用&降低缺氧好氧生物脱氮过程中缺氧反应器内部=含量是减少生物脱氮过程中’产量的关键因素&关键词$生活污水’溶解氧’’’抑制作用$#%$)(&6E!E(F&9GG1&(D6A))H?&())&(!&(6中图分类号$I?(6!!!!!!文献标志码$J文章编号$(D6A:))H?!())#(!:)!AA:(H&’()*+,’-’.!#/0(,-1/2-,+(,.,3*+,’-4(’3255*+6’7’8912-3’-32-+(*+,’-:#!:;’00,!=!:?@09,-1!AB!:;’-1C@2-!=!:?*,!=!:?@*5@*!!##$%$&’()*+(,$(-.#.(/’($+%0’(%*($$+*(%1$*2*(%3(*)$+4*-0&5$67(#%01$*2*(%)(((!7*(.#D5+(*3+$KC33LL3MN$LO9GG$%P3O$QR@31!=#21O02N9$$L’21O$1’R93%OO/091@S9$O319N09N2N9$1T0$M3GG/G91@19N02N3G$%/N9$12G3%3MN0$12MM3TN$021O3NC21$%2GM20S$1G$/0M3U2G91P3GN9@2N3O912G3V/31M91@S2NMC032MN$0SRM$1N0$%%91@@2G02N32N(&67%891:)21O2N%$U$QR@31M$1M31N02N9$1&KC303G/%NGGC$UNC2N=M$/%OO3M032G3G9@19L9M21N%R2MN9P9NR$LO319N09N2N9$1S2MN3092&KC32302N9$102N3L2%%G$LLL0$8)A&)8@’%!@B7--#:)%C:)N$))&6?8@’%!@B7--#:)%C:)UC9%3’R93%O91M032G3GL0$8(&68@%7:)N$)&?D8@%7:)&KC3TC31$8312M21S32NN09S/N3ON$$!)#C9@C30M$1M31N02N9$1$L’:6’%32OGN$O3M032G3$LO319N09N2N9$102N32GU3%%2G2MM/8/%2N9$121O389GG9$1$L’’!#S$NCGR1NC3G9G21O03O/M91@’2MN9P9NR$L31WR83GM2/G391C9S9N9$1$L=&JX3RL2MN$0L$0O3M032G91@’389GG9$1O/091@S9$O319N09N2N9$1T0$M3GG9GN$%3GG31NC3M$1N31N$L=91S9$032MN$0&E297’(/5$O$83GN9MG3U2@3’O9GG$%P3O$QR@31’19N0$/G$Q9O3’91C9S9N9$13LL3MN!!()(:(E:()收到初稿()(:)(:)A收到修改稿&联系人$王淑莹&第一作者$巩有奎!)E??)#男博士研究生讲师&基金项目$*十一五+国家科技支撑计划重点项目)村镇分散型污水处理关键设备研制与示范&!引!言’是一种强力的温室气体大气中’体积分数每增加一倍全球地表气温将会平均上升(&)DY并且使大气层中不同高度的臭氧体积分数减少)(Z!)!Z&’的全球增温潜势分别为*的)E(!?(倍,*[D的D!)倍对全球温!!F232,G2//*+2$()(:(E:()&H’((254’-/,-1*0+@’($\J’]-C/R91@UGRSF/N&3O/&31!室效应的贡献约占HZ!!Z-).&联合国环境规划署和世界气象组织共同设立的*政府间气候变化委员会+!+^**#已将其列为影响自然生态系统,威胁人类生存基础的重大问题&研究表明人类活动是全球’浓度上升的一个重要原因而污水处理过程则被认为是一个潜在的人为源-.&初步估计该过程每年排放的’量约为!(&)6_)()#!!6_)()#X@占全球’总排放量的)&HZ!HZ-6.&鉴于此((!年+^**将污水处理厂出水中’的含量标准由)Z减至(&HZ-D.&反硝化细菌能够分别以和’:6(’:为电子受体进行有氧和无氧呼吸&当反应体系内共存上述电子受体时反硝化菌优先利用进行好氧呼吸从而阻碍’:6(’:的还原&反硝化过程是包含硝酸盐还原酶!’25#,亚硝酸盐还原酶!’95#,一氧化氮还原酶!’5#和氧化亚氮还原酶!’5#在内的生化还原过程-H.&=!O9GG$%P3O$QR@31#的存在可能会影响到不同还原酶的活性从而导致系统中’的积累并释放&在前置反硝化生物脱氮工艺!J(J(#中好氧硝化液的内循环和沉淀池污泥回流都有可能将=携带进入缺氧区从而导致缺氧区内存在少量=&以往的研究多集中在考察=对反硝化过程动力学的研究但是对低氧条件下反硝化过程中氧化亚氮的产生及释放尚未见报道&本文利用-45反应器考察了低氧条件下以’:6作为电子受体的反硝化过程及其’产量以期为降低生活污水反硝化过程中’的产生提供参考价值&)!材料及方法IJI!试验用水水质及种泥试验用水取自北京某大学-45中试反应器反硝化结束后出水出水*=$H(8@%7:)’:8’小于)8@%7:)&试验用接种污泥取自中试反应器试验期间中试反应器脱氮效率达E!Z以上&试验过程中通过投加’2’6控制初始’:6’为D(8@%7:)&试验过程中投加乙醇作为反硝化碳源初始*(’%H同时在曝气反硝化过程中以蠕动泵连续加入乙醇稀释液以保证系统脱氮过程中充足的碳源&IJ!试验装置及运行试验装置如图)所示&试验所用-45反应器有效容积&D7&反应器底部利用机械搅拌器搅拌反应器均采用黏砂块作为微孔曝气头反应过程中采用’‘的曝气方式总曝气量利用转子图)!试验装置图a9@&)!-MC382N9MO92@028$L3QT309831N2%GRGN38!流量计控制在(&67%891:)通过调节曝气中’与比例控制系统内部=&反应过程水温控制在!H&(b)&(#Y&IJK!测试方法反应器均采用密闭方式运行反应阶段产生的气体经干燥器干燥去除水分后间隔)(891收集至气体采样袋利用湿式流量计测定气体体积以气相色谱仪测定所收集气体中’浓度&同时在密闭条件下取污泥混合液并测定溶解态’浓度&IJL!分析方法)&D&)!=!T[值和5^测定!分别使用B/%N96D(9型!\K\公司#便携式多功能=和T[值测定仪测定&试验中*=,’:’,’:6’和B7--均采用标准方法分析-!.&)&D&!’测定方法!气态’测定$采用!AE(’型!J@9%31N公司#气相色谱仪[^^%$N(分子筛!6(8_(&H688_H#8#毛细管色谱柱测定&’色谱条件进样口温度))(Y’炉温)A(Y’,*=检测器6((Y&溶解性’测定$溶解于活性污泥混合液中的’采用上部空间法测定&在密闭条件下将活性污泥混合液经泥水分离后加入(&H8%浓度为)(((8@%7:)的[@*%溶液抑制残余微生物的活性&于水样上部加入’6(Y下利用恒温摇床振荡(&HC后测定上部气体中的’浓度根据亨利定律计算溶解性’浓度-?.&%9:;%!第!期!!巩有奎等$低氧条件下生物反硝化过程中’的产量!结果与讨论JI!不同$#条件下硝态氮亚硝态氮的变化图所示为不同=条件下反硝化过程中’:6’和’:’的变化过程&在初始’:6’浓度为D(8@%7:),=c(8@%7:)时硝态氮在D(891内降至(整个反硝化过程中亚硝的积累在(891时达到最大值为)&?E8@%7:)’=增加反硝化速率降低当=增至(&?8@%7:)时反硝化时间延长至E(891反硝化过程中图!低氧条件下反硝化过程中’:8’的变化a9@&!#2092N9$1$L’:8’/1O30O9LL3031N=M$1M31N02N9$1O/091@O319N09L9M2N9$1T0$M3GG!2#03O/MN9$1$L’:6’’!S#P2092N9$1$L’:’’:’的积累也增至6&H8@%7:)&随=的增加反硝化速率逐渐降低-图!2#.反硝化过程中’:’的积累也呈上升趋势-图!S#.&整个反应过程中采用蠕动泵连续向系统内投加乙醇以保证系统反硝化过程中的碳源整个反应过程中*(’始终大于H因此碳源不是导致系统’:6’还原速率下降和’:’积累量增加的原因&当反应体系内共存和’:6’时反硝化菌优先利用进行好氧呼吸从而阻碍’:6’和’:’的还原-A.&与’:6’!‘(&D8##相比具有更高的氧化还原电动势!‘(&A8##其捕获电子的能力更强-E.&除此之外分子态氧的存在会抑制硝酸盐还原过程中各类酶的合成及其活性从而影响’:6’还原过程&J!不同$#条件下反硝化过程中!#产量反硝化过程中利用鼓风曝气控制系统曝气量为(&67%891:)考查了不同=条件下系统内部’的产量&脱氮过程中’’产生量包括两部分$!)#一部分逸出处理系统释放于大气此部分为’’释放量’!#溶解于活性污泥混合液中即溶解性’’&图6所示为不同=条件下系统内部溶解态氧化亚氮的变化&不同=条件下系统内部溶解态’’的产量不同但是都遵循同样的规律&随反硝化过程的进行溶解态’均呈现先增加后减小的趋势&=由(&)8@%7:)增至(&?8@%7:)时反硝化过程中溶解态’’分别在)(891和(891达到最大值对比图!S#可以发现系统溶解态氧化亚氮与反硝化过程中’:’积累的变化趋势相同具有明显的正相关性&图6!不同=浓度下溶解性’的变化a9@&6!,LL3MN$L=M$1M31N02N9$1$1O9GG$%P3O’!图D所示为不同=条件下系统反硝化过程中’的释放量&随=的增加反硝化过程中’释放逐渐增加至=c(&?8@%7:)时其’’产量达)&?68@%7:)&反应开始的)(891内系统’产量迅速增加这是由于硝态氮大量加入’:6’还原速率较大反硝化过程中的’5合成速率较低导致系统释放较多的’’同时’:’的迅速积累也导致了系统’产量的迅速增加&随反应的进行反硝化速率略有下%=9;%化!工!学!报!!第!卷!图D!不同=浓度下’的释放情况a9@&D!,LL3MN$L=M$1M31N02N9$1$1’389GG9$1!降’’产量增加缓慢&整个反硝化过程中均发现有’的释放&6!讨!论反硝化过程中’的产生有两种解释$!)#73N3R等-)(.认为在缺氧条件下’5的合成滞后于’25反硝化过程的初期’5缺乏反硝化过程中产生的’不能及时地被还原为’从而导致系统’的溢出’!#NN3等-)).的研究表明在反硝化阶段各种还原酶对电子的竞争能力不同其中以’5的竞争能力最弱&当’:存在并积累时多种’:8还原酶之间存在电子竞争’还原酶对电子的亲和力较弱从而引起系统’的积累&目前大多数研究者认同此观点&尽管本试验中采用连续投加乙醇的方式保证系统内部充足的反硝化碳源但是=和’:6的